注塑机原理

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1、（一）（一） 注塑机结构分析及其工作原理注塑机结构分析及其工作原理 一、注塑机的工作原理一、注塑机的工作原理 注塑成型机简称注塑机 。 注塑成型是利用塑料的热物理性质，把物料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加热，使物料熔融，在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的作用下，沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑化，熔融和均化，当螺杆旋转时，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺杆的头部，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程，然后，螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速 、 高压，将储料室内的熔融料

2、通过喷嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压 、 冷却 、 固化定型后，模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出装置把定型好的制品从模具顶出落下 。 注塑机作业循环流程如图 1 所示 。 图 1 注塑机工作程序框图 二、注塑机的分类二、注塑机的分类 按合模部件与注射部件配置的型式有卧式 、 立式 、 角式三种 （1）卧式注塑机：卧式注塑机是最常用的类型 。 其特点是注射总成的中心线与合模总成的中心线同心或一致，并平行于安装地面 。 它的优点是重心低 、 工作平稳 、 模具安装 、 操作及维修均较方便，模具开档大，占用空间高度小；但占地面积大，大 、 中 、 小型机均有广泛应用 。 （2

3、）立式注塑机：其特点是合模装置与注射装置的轴线呈一线排列而且与地面垂直 。 具有占地面积小，模具装拆方便，嵌件安装容易，自料斗落入物料能较均匀地进行塑化，易实现自动化及多台机自动线管理等优点 。 缺点是顶出制品不易自动脱落，常需人工或其它方法取出，不易实现全自动化操作和大型制品注射；机身高，加料 、 维修不便 。 （3）角式注塑机：注射装置和合模装置的轴线互成垂直排列 。 根据注射总成中心线与安装基面的相对位置有卧立式 、 立卧式 、 平卧式之分：卧立式，注射总成线与基面平行，而合模总成中心线与基面垂直；立卧式，注射总成中心线与基面垂直，而合模总成中心线与基面平行 。 角式注射机的优点是兼备有

4、卧式与立式注射机的优点，特别适用于开设侧浇口非对称几何形状制品的模具 。 闭模 注射座前进 注射 保压 冷却 启模 制品顶出 退回塑化 塑化退回 固定塑化 三、注塑机的组成结构分析三、注塑机的组成结构分析 注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由注射部件 、 合模部 件 、 机身 、 液压系统 、 加热系统 、 控制系统 、 加料装置等组成 。 如 图 2 所示 。 图 2 注塑机组成示意图 （一）注塑部件的典型结构（一）注塑部件的典型结构 1注射部件的组成 目前，常见的注塑装置有单缸形式和双缸形式，我厂注塑机都是双缸形式的，并且都是通过液压马达直接驱动螺杆注塑 。 因不同

5、的厂家 、 不同型号的机台其组成也不完全相同，下面就对我厂用的机台作具体分析 。 立式机和卧式机注塑装置的组成图分别如图 3 和图 4 。 工作原理是：预塑时，在塑化部件中的螺杆通过液压马达驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键连接，另一端与液压马达键连接，螺杆旋转时，物料塑化并将塑化好的熔料推到料筒前端的储料室中，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，并通过推力轴承使推力座后退，注塑机 注射部件塑化部件 螺杆 料筒 螺杆头 喷嘴 注射座 注射油缸 座移油缸 液压马达 合模部件 合模装置 调模装置 顶出装置 机 身 液压系统 泵、液压马达、阀 蓄能器、冷却器、管路等油路控制 加热系统 冷却系统 控制系统

6、 动作程控 料筒温度控制 液压泵电机控制 故障检测报警控制 安全保护 加料装置 通过螺母拉动活塞杆直线后退，完成计量，注射时，注射油缸的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作，活塞的杆腔进油推动活塞杆及螺杆完成注射动作 。 图 3 卧式机双缸注射注塑装置示意图 （a）是俯视图； （b）为注射座与导杆支座间的平视图 1- 油压马达；2，6 - 导杆支座；3- 导杆；4- 注射油缸；5- 加料口； 7- 推力座；8- 注射座；9- 塑化部件；10- 座移油缸 我厂用的角式注塑机的注射部件与卧式机注塑机一样 。 图 4 立式注塑机注射装置示意图 1- 液压马达；2- 推力座；3- 注射油缸；4- 注射座

7、；5- 加料口；6- 座移油缸；7- 塑化部件；8- 上范本 2塑化部件 塑化部件有柱塞式和螺杆式两种，下面就对螺杆式做一下介绍 。 螺杆式塑化部件如图 5 所示,主要由螺杆 、 料筒 、 喷嘴等组成，塑料在旋转螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔 。 因此，塑化部件是完成均匀塑化，实现定量注射的核心部件 。 图 5 螺杆式塑化部件结构图 1- 喷嘴；2- 螺杆头；3- 止逆环；4- 料筒；5- 螺杆；6- 加热圈；7- 冷却水圈 螺杆式塑化部件的工作原理：预塑时，螺杆旋转，将从料口落入螺槽中的物料连续地向前推进， 加热圈通过料筒壁把热量传递给螺槽中的物料， 固

8、体物料在外加热和螺杆旋转剪切双重作用下，并经过螺杆各功能段的热历程，达到塑化和熔融，熔料推开止逆环，经过螺杆头的周围通道流入螺杆的前端，并产生背压，推动螺杆后移完成熔料的计量，在注射时，螺杆起柱塞的作用，在油缸作用下，迅速前移，将储料室中的熔体通过喷嘴注入模具 。 螺杆式塑化部件一般具有如下特点： 螺杆具有塑化和注射两种功能； 螺杆在塑化时，仅作预塑用； 塑料在塑化过程中，所经过的热历程要比挤出长； 螺杆在塑化和注射时，均要发生轴向位移，同时螺杆又处于时转时停的间歇式工作状态，因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性 。 （1） 螺杆 螺杆是塑化部件中的关键部件，和塑料直接接触，塑料通过螺槽的有效长度

9、，经过很长的热历程，要经过 3 态（玻璃态 、 黏弹态 、 黏流态）的转变，螺杆各功能段的长度 、 几何形状 、 几何参数将直接影响塑料的输送效率和塑化质量，将最终影响注射成型周期和制品质量 。 与挤出螺杆相比，注塑螺杆具有以下特点： 注射螺杆的长径比和压缩比比较小； 注射螺杆均化段的螺槽较深； 注射螺杆的加料段较长，而均化段较短； 注射螺杆的头部结构，具有特殊形式 。 注射螺杆工作时，塑化能力和熔体温度将随螺杆的轴向位移而改变 。 （）、 螺杆的分类 注塑螺杆按其对塑料的适应性，可分为通用螺杆和特殊螺杆，通用螺杆又称常规螺杆，可加工大部分具有低 、 中黏度的热塑性塑料，结晶型和非结晶型的民用

10、塑料和工程塑料，是螺杆最基本的形式，与其相应的还有特殊螺杆，是用来加工用普通螺杆难以加工的塑料；按螺杆结构及其几何形状特征，可分为常规螺杆和新型螺杆，常规螺杆又称为三段式螺杆，是螺杆的基本形式，新型螺杆形式则有很多种，如分离型螺杆 、 分流型螺杆 、 波状螺杆 、 无计量段螺杆等 。 常规螺杆其螺纹有效长度通常分为加料段（输送段）、 压 缩段（塑化段）、 计量段 （均化段） ，根据塑料性质不同，可分为渐变型 、 突变型和通用型螺杆 。 渐变型螺杆：压缩段较长，塑化时能量转换缓和，多用于 PVC 等热稳定性差的塑料 。 突变型螺杆：压缩段较短，塑化时能量转换较剧烈，多用于聚烯烃 、 P A等结晶

11、型塑料 。 通用型螺杆：适应性比较强的通用型螺杆，可适应多种塑料的加工，避免更换螺杆频繁，有利于提高生产效率 。 常规螺杆名段的长度如下： 螺杆类型 加料段（L1） 压缩段（L2） 均化段（L3） 渐变型 2530% 50% 1520% 突变型 6570% 155% 2025% 通用型 4550% 2030% 2030% （）、 螺杆的基本参数 螺杆的基本结构如图 6 所示，主要由有效螺纹长度 L 和尾部的连接部分组成 。 图 6 螺杆的基本结构 ds 螺杆外径，螺杆直径直接影响塑化能力的大小，也就直接影响到理论注射容积的大小，因此，理论注射容积大的注塑机其螺杆直径也大 。 L/ds 螺杆长径

12、比 。 L是螺杆螺纹部分的有效长度，螺杆长径比越大，说明螺纹长度越长，直接影响到物料在螺杆中的热历程，影响吸收能量的能力，而能量来源有两部分：一部分是料筒外部加热圈传给的， 另一部分是螺杆转动时产生的摩擦热和剪切热， 由外部机械能转化的，因此，L/ds直接影响到物料的熔化效果和熔体质量，但是如果 L/ds太大，则传递扭矩加大，能量消耗增加 。 L1加料段长度 。 加料段又称输送段或进料段，为提高输送能力，螺槽表面一定要光洁，L1的长度应保证物料有足够的输送长度，因为过短的 L1会导致物料过早的熔融，从而难以保证稳定压力的输送条件，也就难以保证螺杆以后各段的塑化质量和塑化能力 。 塑料在其自身重

13、力作用下从料斗中滑进螺槽， 螺杆旋转时， 在料筒与螺槽组成的各推力面摩擦力的作用下， 物料被压缩成密集的固体塞螺母， 沿着螺纹方向做相对运动， 在此段， 塑料为固体状态，即玻璃态 。 h1 加料段的螺槽深度 。 h1深，则容纳物料多，提高了供料量和塑化能力，但会影响物料塑化效果及螺杆根部的剪切强度，一般 h1（0.120.16）ds。 L3 熔融段长度 。 熔融段又称均化段或计量段， 熔体在L3段的螺槽中得到进一步的均化，温度均匀，组分均匀，形成较好的熔体质量，L3长度有助于熔体在螺槽中的波动，有稳定压力的作用，使物料以均匀的料量从螺杆头部挤出，所以又称计量段 。 L3短时，有助于提高螺杆的塑

14、化能力，一般 L3=（45）ds。 h3 熔融段螺槽深度，h3小，螺槽浅，提高了塑料熔体的塑化效果，有利于熔体的均化，但 h3过小会导致剪切速率过高，以及剪切热过大，引起分子链的降解，影响熔体质量， ；反之，如果 h3过大，由于预塑时，螺杆背压产生的回流作用增强，会降低塑化能力 。 L2 塑化段 （压缩段） 螺纹长度 。 物料在此锥形空间内不断地受到压缩 、 剪切和混炼作用，物料从 L2段入点开始，熔池不断地加大，到出点处熔池已占满全螺槽，物料完成从玻璃态经过黏弹态向黏流态的转变， 即此段， 塑料是处于颗粒与熔融体的共存状态 。 L2的长度会影响物料从玻璃态到黏流态的转化历程，太短会来不及转化

15、，固料堵在 L2段的末端形成很高的压力 、 扭矩或轴向力；太长则会增加螺杆的扭矩和不必要的消耗，一般 L2=（68）ds。 对于结晶型的塑料，物料熔点明显，熔融范围窄，L2可短些，一般为（34）ds，对于热敏性塑料，此段可长些 。 S 螺距，其大小影响螺旋角，从而影响螺槽的输送效率，一般 Sds。 压缩比 。 =h1/h3，即加料段螺槽深度 h1与熔融段螺槽深度 h3之比 。 大，会增强剪切效果，但会减弱塑化能力，一般来讲， 稍小一点为好，以有利于提高塑化能力和增加对物料的适应性，对于结晶型塑料，压缩比一般取 2.63.0 。 对于低黏度热稳定性塑料，可选用高压缩比；而高黏度热敏性塑料，应选用低压缩比 。 （2）螺杆头 在注射螺杆中，螺杆头的作用是：预塑时，能将塑化好的熔体放流到储料室中，而在高压注射时，又能有效地封闭螺杆头前部的熔体，防止倒流 。 螺杆头分为两大类，带止逆环的和不带止逆环的，对于带止逆环的，预塑时，螺杆均化段的熔体将止逆环推开，通过与螺杆头形成的间隙，流入储料室中，注射时，螺杆头部的熔体压力形成推力，将止逆环退回流道封堵，防止回流 。 表表 1 注射螺杆头形式与用途注射螺杆头形式与用途 形式 结 构 图 特征与用途 尖 头 形 螺杆头锥角较小或有螺纹， 主要用于高粘度或热敏性塑料 无 止 逆 环 型 钝 头 形